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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absaugen eines Teilstroms aus einem Aerosol-Hauptstrom, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch.
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Stand der Technik
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Ein Aerosolstromweist im Allgemeinen keine einheitliche Konzentration und Partikelgrößenverteilung über seinen Querschnitt auf. In Randzonen tritt vielmehr typischerweise eine Verarmung an Partikeln auf. Dies kann durch Sedimentation auf den Rohrböden, aber auch durch Diffusion oder elektrische Kräfte unabhängig von der Richtung der Schwerebeschleunigung auf alle Innenflächen der Rohre erfolgen.
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Besonders bei laminarer Strömung können durch Sekundärströmungen randnahe Strömungszonen wieder zur Rohrmitte gelenkt werden und somit auch in der Rohrmitte Gebiete mit geringerer Konzentration und geänderter Partikelgrößenverteilung auftreten. In den Gebieten mit hoher Partikelkonzentration kann durch Koagulation eine Veränderung der Partikelgrößenverteilung eintreten.
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Selbst bei so genannter isokinetischer Probenahme, bei der mit einer Sonde ein Stromfaden des Aerosols mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit wie in der Umgebung der Sonde entnommen wird, ist nicht gewährleistet, dass dieser Stromfaden in Konzentration und Partikelgrößenverteilung für das gesamte Aerosol repräsentativ ist. Bei Entnahme von mehreren Teilströmen kann es auftreten, dass auch diese untereinander in Konzentration und Partikelgrößenverteilung nicht gleich sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine zuverlässige Möglichkeit zum Ableiten von Teilströmen aus einem Aerosolstrom zu schaffen, bei welcher die Teilströme untereinander möglichst gleich und repräsentativ für das Aerosol des Hauptstromes sind. Hierbei soll es auch möglich sein, dass die Teilströme in ihrer Summe wesentlich geringer als der Aerosol-Hauptstrom sind, dessen Überschuss abgeleitet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einer Vorrichtung zum Absaugen eines Teilstroms aus einem Aerosol-Hauptstrom, zwischen einer Zuleitung und einem Verteilergefäss, eine Düse angeordnet ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich nach einem Durchleiten des Aerosols durch eine solche Düse Inhomogenitäten des durch die Zuleitung anströmenden Aerosols auflösen lassen.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung betrifft bevorzugt eine Vorrichtung für eine Kultur-/Expositionsvorrichtung.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Absaugen eines Teilstroms aus einem Aerosol-Hauptstrom, umfassend ein Verteilergefäss, eine Zuleitung und eine Ableitung, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zuleitung und dem Verteilergefäss eine Düse angeordnet ist. Eine solche Düse hat den Vorteil, dass ein durch die Zuleitung anströmender Aerosol-Hauptstrom homogenisiert wird, so dass eine genaue oder präzise oder weitestgehend unverfälschte Probenahme aus dem Aerosol-Hauptstrom in einem typischerweise der Düse nachgeordneten Verteilergefäss ermöglicht wird.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist das Verteilergefäss im Wesentlichen zylinderförmig oder im Wesentlichen kegelförmig. Bei typischen Ausführungsformen weist das Verteilergefäss eine andere geometrische Form, insbesondere eine Mischform aus Zylinderform und Kegelform, auf.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Düse geeignet ist, den Aerosol-Hauptstrom zum Verteilergefäss hin aufzuweiten. Auf diese Weise werden Inhomogenitäten im Aerosol-Hauptstrom besonders gut aufgelöst.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen umfasst die Düse eine Scheibe. Die Scheibe hat vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm bis 2 mm. Anstelle der Scheibe kann auch ein Rohr verwendet werden, das eine Länge von 1 mm bis 100 mm aufweisen kann. Das Rohr kann als Venturidüse ausgebildet sein oder eine Venturidüse enthalten. Der Einlauf und Auslauf der Düse oder des Rohres kann scharfkantig oder gerundet oder anders ausgeformt sein. Grundsätzlich können aber auch eine Kegelform oder eine andere Form in Betracht kommen. Hier ist auf die Bedürfnisse des jeweiligen Nutzers, der jeweiligen Apparatur oder anderer Rahmenbedingungen abzustellen, deren Auswahl dem Fachmann frei überlassen bleibt. Ein erfindungsgemässes enges Rohr weist einen geringeren Umfang auf als die Zuleitung. Gundsätzlich kann sich das Verhältnis vom Umfang des engen Rohrs zum Umfang der Leitung in verschiedenen Verhältnissen darstellen, solange der Umfang des engen Rohrs geringer ist als der Umfang der Zuleitung. Als enges Rohr ist in einem anderen Ausführungsbeispiel auch eine Zuleitung gemeint, welche sich auf eine gewünschte Öffnung verjüngt und zum Verteilergefäss hin verbreitert. Anstelle einer Düse bzw. eines engen Rohres können auch mehrere parallele Düsen oder enge Rohre umfasstt sein. Diese Düsen oder enge Rohre können dabei auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Die Öffnung der Scheibe oder der am meisten verjüngte Teil des engen Rohrs als Zuleitung ist bevorzugt im Wesentlichen kreisförmig. Die Öffnung hat vorteilhafterweise einen Durchmesser von 0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt von 1,2 mm bis 1,6 mm, vorzugsweise 1,3 mm bis 1,5 mm. Besonders bevorzugt wird die Öffnung von 1,4 mm. Die Öffnung kann in anderen Ausführungsbeispielen auch elliptisch oder eckig ausgebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verteilergefäss zumindest eine Probenahmesonde zum Absaugen des Teilstroms oder mehrere Probenahmesonden zum Absaugen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen ragt die Probenahmesonde zumindest teilweise in das Verteilergefäss hinein. Bei anderen Ausführungsformen schliesst die Probenahmesonde glatt mit einer Innenwand des Verteilergefässes ab bzw. ragt nicht in das Verteilergefäss hinein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Probenahmesonde geeignet ist, den Teilstrom isokinetisch abzusaugen. Für repräsentative Proben ist isokinetische Probenahme vorteilhaft. Bei typischen Ausführungsformen werden die Teilströme nicht isokinetisch abgesaugt. Auch bei nicht isokinetischen Probenahmen weisen die Teilströme untereinander annähernd gleiche Konzentrationen und Partikelgrößenverteilungen auf. Bei typischen Ausfühurngsformen schliesst sich an die Probenahmesonde ein gekrümmtes Rohrstück an, in welchem Partikelverluste auftreten können. Dieses Rohrstück schließt typischerweise an ein Analysengerät an. Bei gleicher Bauart mehrerer so gekrümmter Rohrstücke werden mehreren solcher Analysengeräte, die an mehreren erfindungsgemässen Probenahmesonden angeschlossen sind, gleichartige Aerosolproben zugeleitet. In analoger Weise brauchen die Probenahmesonden dann auch nicht isokinetisch zu sein, wenn es vorwiegend darauf ankommt, dass den verschiedenen Analysengeräten annähernd gleiches Aerosol zugeleitet wird.
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Bei typischen Ausführungsformen enden die Probenahmesonden als zylindrische Röhrchen in beliebigem Winkel zur Richtung des Aerosol-Hauptstroms, sofern nicht isokinetische Probenahme gefordert wird. Bei vertikal, d. h. von oben nach unten, gerichtetetem Aerosol-Hauptstrom ist es vorteilhaft, wenn die Probenahmesonden so enden, dass große Partikel infolge Trägheit und Sedimentationsgeschwindigkeit nicht in die Probenahmesonde gelangen können. Bei typischen Ausführungsformen werden Teilströme ohne hineinragende Röhrchen direkt an der Wand der Verteilkammer entnommen. Dazu enden die Probenahmesonden dann unter einem rechten Winkel zur Verteilerwand oder auch unter einem anderen Winkel.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform schliessen eine Längsachse der Zuleitung und eine Längsachse der Ableitung einen Winkel von 0 bis 180 Grad ein..
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Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Absaugen eines Teilstroms aus einem Aerosol-Hauptstrom, umfasst typischerweise die Schritte „Zuführen eines Aerosol-Hauptstroms über eine Zuleitung“, „Durchleiten des Aerosol- Hauptstroms durch eine Düse“, „Eintreten des Aerosol-Hauptstroms in ein Verteilergefäss“, „Absaugen eines Teilstroms aus dem Aerosol-Hauptstrom im Verteilergefäss“ und „Ableiten eines Überschusses aus dem Verteilergefäß über eine Ableitung“.
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Eine erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren kommen typischerweise in einer Kultur-/Expositionsvorrichtung der in der
WO 2010/040473 A2 gezeigten Art zur Anwendung. Die Offenbarung der
WO 2010/040473 A2 soll ausdrücklich Teil der Offenbarung dieser Erfindung sein.
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Figurenbeschreibung
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von Zeichnungen näher beschrieben, wobei die Figuren folgendes zeigen:
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1: Gerades Rohr mit Düse und gekrümmten Probenahmesonden,
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2: Gerades Rohr mit Düse mit schräg abgeschnittenen und schräg gestellten Probenahmesonden,
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3: Gerades Rohr mit Düse mit Probenahmesonden, die Aerosol schräg entgegen der Richtung der Hauptströmung absaugen,
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4: Gerades Rohr mit Düse mit Absaugung von Teilströmen unmittelbar an der Innenwand,
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5: Probenahme aus erweitertem Querschnitt des Aerosol-Hauptstromes,
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6: Probenahme aus großem Verteilergefäß mit Düse in engem Einlassröhrchen,
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7: Kegelförmiges Verteilergefäß mit Absaugung von drei Teilströmen unmittelbar an der Innenwand und
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8: Probenahme aus einem Gefäß, in dem der Aerosol-Hauptstrom konzentrisch um den einströmenden Aerosolstrom abgeleitet wird.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Absaugen eines Teilstroms aus einem Aerosol-Hauptstrom 2, umfassend ein Verteilergefäss 7, eine Zuleitung 3, eine Düse 1 und zwei Probenahmesonden 4 mit jeweils einem Krümmungsbereich 6. Die nicht dargestellten Teilströme werden durch die Probenahmensonden 4 aus dem durch die Düse 1 homogen im Verteilergefäss 7 verteilten Aerosol-Hauptstrom 2 abgesaugt. Der verbleibende Überschuss 5 wird in der selben Richtung wie der einströmende Aerosol-Hauptstrom 2 durch einen Auslass 9 aus dem Verteilergefäss 7 abgeleitet. Wie in 1 dargestellt, können mit Probenahmesonden 4 also mehrere, hier z. B. zwei, Teilströme entnommen werden, während der verbleibende Aerosol-Hauptstrom 2 als Überschuss 5 abgeleitet wird.
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2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie 1, jedoch sind die Probenahmesonden 4 hier schräg abgeschnitten. 3 zeigt ebenfalls eine ähnliche Ausführungsform wie 1, jedoch saugen die Probenahmesonden 4 hier Aerosol schräg entgegen der Richtung der Hauptströmung ab und sind nach unten gerichtet. Bei vertikaler, von oben nach unten gerichteter Hauptströmung bzw. Aerosol-Hauptstrom 2 kann es vorteilhaft sein, wenn die Probenahmesonden 4 so enden, dass große Partikel aufgrund von Trägheit und Sedimentationsgeschwindigkeit nicht in die Probenahmesonden 4 gelangen können (2 und 3).
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Teilströme können, wie in 4 gezeigt, auch ohne hineinragende Probenahmesonden 4 direkt an der Wand des Verteilergefässes 7 entnommen werden. Eine solche Probenahme kann unter einem rechten Winkel zur Verteilerwand bzw. Innenwand des Verteilergefässes 7, aber auch unter einem anderen Winkel erfolgen.
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Der aus der Düse 1 austretende Strahl kann das gesamte Verteilergefäss 7 ausfüllen (1 bis 4) oder nur einen zentralen Strahl in einem größeren Verteilergefäß 7 bilden. 5 visualisiert letzteren Fall und zeigt eine Probenahme aus erweitertem Querschnitt des Aerosol-Hauptstroms 2.
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Wie in 6 gezeigt, kann der Düsenaustrittsstrom auch zunächst in einer engeren Nachdüsenröhre 8 geführt werden, bevor er sich in das gesamte Verteilergefäss 7 ausbreiten kann.
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Wie in 7 gezeigt, kann das Veteilergefäss 7 auch kegelförmig ausgeführt werden. Auch in diesem Fall kann die Absaugung im rechten oder einem anderen Winkel zur Kegelwand erfolgen und die Probenahmesonde 4 kann an der inneren Kegelwand enden oder in das innere des Kegels ragen. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Aerosol-Hauptstrom 2 1000 ml/min und es erfolgen drei Probenahmen mit Volumenströmen von je 30 ml/min. Der Düsendurchmesser beträgt 1,4 mm, der Aerosol-Hauptstrom 2 tritt mit einem Kegel mit 120 Grad Winkel in die Düse 1 ein, der Düsenaustritt ist scharfkantig, der Rohrdurchmesser unmittelbar nach der Düse 1 beträgt 5 mm, der Kegelwinkel der Aufweitung zum Verteilergefäss 7 beträgt 60 Grad, der Abstand Düse 1 – Verteilergefäss 7 beträgt 27 mm, der Durchmesser des Verteilergefässes 7 30 mm und der Durchmesser des Kreises der Mitten der Probenahmebohrungen 24 mm.
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8 zeigt die Probenahme aus einem Verteilergefäss 7, wobei der Überschuss 501, 502 konzentrisch um den einströmenden Aerosol-Hauptstrom 2 abgeleitet wird. Die Absaugung des Überschusses 501, 502 des Aerosol-Hauptstroms 2 nach Entnahme der Teilströme über die Probenahmesonden 4 kann also entgegen der Richtung des Düsenaustrittsstromes erfolgen, aber auch in einem Winkel zur Düsenströmung, z. B. in einem rechten Winkel. Die Absaugung des Überschusses 501, 502 des Aerosol-Hauptstromes 2 kann auch im Wesentlichen konzentrisch zum Düsenstrom bzw. Düseneintrittstrom erfolgen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr wird der Schutzbereich durch die Ansprüche bestimmt. Bezugszeichenliste
| 1 | Düse |
| 2 | Aerosol-Hauptstrom |
| 3 | Zuleitung |
| 4 | Probenahmesonde |
| 5, 501, 502 | Überschuss |
| 6 | Krümmungsbereich |
| 7 | Verteilergefäss |
| 8 | Nachdüsenröhre |
| 9 | Auslass |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/040473 A2 [0019, 0019]
